秋浦河大桥连续梁设计开题报告

1. 研究目的与意义

秋浦河大桥是G318池州至殷汇段一级公路改建工程中的控制性工程，该桥梁全长634.75米、桥宽27米，全桥共6联，跨河主桥采用(42 72 42)米、跨堤主桥采用(30 50 30)米。选取(42 72 42)m主桥作为选题，主梁采用变截面预应力混凝土连续箱梁，单箱单室断面，顶板宽13.25m，底板宽7.75m。主桥上部结构按纵、竖、横三向预应力砼体系设计。主墩采用实体墩身接承台接沉井基础，过渡墩采用双圆形墩接哑铃形承台接沉井基础。大桥采用挂篮悬臂浇筑法施工，依靠“挂篮”的移动让桥梁在空中“生长”延伸。

在毕业设计的过程中，通过进行桥型方案的比选，并运用计算机辅助设计软件对桥梁上部结构进行设计、计算和验算，对桥梁下部结构以及桥梁基础进行结构设计。要在实践中夯实专业基础，扎实掌握专业技能，为今后进入土木行业工作做好知识和能力的储备。

2. 课题关键问题和重难点

桥型方案的比选：根据主桥的设计跨径，可选择采用系杆拱桥、连续梁桥、先简支后连续梁等桥型设计。

经过对大桥的安全、功能、经济等因素的综合考究，最终得出，选择连续梁桥的设计方案能够统筹兼顾。

桥梁上部结构的设计和计算：主要包括了截面尺寸的拟定，内力计算(包括恒载内力、活载内力和附加内力的计算，内力组合，内力包络图的绘制)，配筋设计，施工阶段和使用阶段的应力验算以及最终承载能力极限状态强度验算，刚度验算。

3. 国内外研究现状（文献综述）

根据主桥的设计跨径(42 72 42)米，可比选采用系杆拱桥、连续梁桥、先简支后连续梁等桥型设计。对于系杆拱桥，它具有拱桥的一般特征，又有自身的独有特点。它是一种集拱与梁的优点于一身的桥型，它将拱与梁两种基本结构形式组合在一起，[1]共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用。拱端的水平推力用拉杆承受，使拱端支座不产生水平推力。拱与弦间用两端铰接的竖直杆联结而成，亦可用斜杆来代替直杆成为尼尔森体系。[2]这种拱桥内部为超静定体系，外部则为静定，因此对墩台不均匀沉降无影响。对于连续梁桥，两跨或两跨以上连续的梁桥，也属于超静定体系。[3]连续梁在恒活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使内力状态比较均匀合理，因而梁高可以减小，由此可以增大桥下净空，节省材料，且刚度大，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少，并且因为跨中截面的弯矩减小，使得桥跨可以增大。[4]对于先简支后连续桥梁，就是两跨及两跨以上的预应力混凝土梁通过现浇混凝土形成连续结构，其具有刚度大、变形小、伸缩缝少和行车舒适等优点。[5]并且简支梁的预应力钢束可在工厂进行张拉，负弯矩区的预应力钢束布置及张拉均在主梁上进行，因此仅需吊装设备起吊主梁。这样减少了施工设备，又能避免张拉预应力钢束造成地面上的障碍。[6]在对大桥的安全、功能、经济等因素的综合考究之后，为了统筹兼顾，最终选择连续梁桥型作为设计方案。(42 72 42)m主桥采用变截面预应力混凝土连续箱梁，横向全宽27.0m,采用双幅布置。上部结构采用挂篮悬臂浇筑法施工，梁截面为单箱单室断面，箱梁顶板宽13.25米，底板宽7.75米，腹板变厚度：80cm～60cm。厚度变化在5#、6#节段内完成，顶板厚度为28cm,底板厚度按2次抛物线由30cm变化到75cm,底板曲线段长度为33.75m。箱梁根部中心线处梁高4.3米，端部梁高2.2米，桥面2.0%的横坡由箱梁腹板高度变化形成。[7]关于结构分析计算及计算参数的选取情况，主桥上部结构静力分析采用平面杆系和空间有限元多重计算。箱梁采用挂篮悬臂对称施工，建模时应模拟施工挂篮，考虑包括恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变(按3650天计)、支座沉降、温度变化等荷载的作用，按有关规范规定对各种荷载进行不同的荷载组合，对结构的强度、刚度和应力进行验算。[8]主桥上部结构施工阶段计算，按照梁段划分、施工顺序及工艺，对每一梁段均考虑挂篮移动就位、浇筑混凝土、张拉预应力这三个施工过程。[9]计算时分别对各梁段施工过程中的内力、应力、挠度进行计算和验算。设计中主桥按先边跨合拢，后中跨合拢的顺序考虑，合拢应在当天较低温度进行。在主桥上部结构的施工过程中，应特别注意对锚下、垫板等处的混凝土的捣实，防止出现蜂窝状，确保有效预应力达到设计要求。所有梁段的模板和混凝土接触面应涂抹保湿剂，并注意梁段养护。[10]墩顶0、1号梁段拟从承台顶搭设支架施工，浇筑混凝土应采取减少水化热的有效措施，并加强块件内的通水降温、及时拆模，避免发生温度收缩裂缝。位于临时锚固垫块顶面的墩顶以及与箱梁接触的垫块顶面，必须抹浆刮平，在浇筑垫块和箱梁混凝土前，先在墩顶面与垫块顶面涂抹隔离剂，以便拆除临时锚固垫块。[11]临时锚固垫块顶、底面不得填塞任何其他物质，以保证各接触面的平整。参考文献Troitsky.Planning and Design of Bridges[M]. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1994.Gerard Parke and Nigel Hewson．ICE manual of bridge engineering[M]. 2nd, London: Thomas Telford Publishing,2008. Part: Loads and load distribution,23-31.大吨位根式基础竖向承载性能研究[J].安徽建筑,2019,026(006):120-123.王磊.秋浦河大桥根式钻孔桩施工与桩基检测[J].珠江水运,2017,000(008):75-76.JTG D60-2015,公路桥涵设计通用规范[S].JTG 3362-2018,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].JTG D63-2019,公路桥涵地基与基础设计规范[S].叶见曙．结构设计原理（第2版）[M]．北京：人民交通出版社，2010张继尧，王昌将．悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M]．北京：人民交通出版社，2004张喜刚．大跨径预应力混凝土梁桥设计施工技术指南[M]．人民交通出版社，2012郭金琼．箱型梁设计理论[M]．人民交通出版社[M]．北京：人民交通出版社，1991

4. 研究方案

秋浦河大桥的主桥采用连续梁桥型，对于连续梁桥型的设计有等截面连续梁桥和变截面连续梁桥两种方案。连续梁桥具有结构刚度大、变形小、伸缩缝少和行车平稳舒适等优点，一般跨径小于70m时，可采用等截面连续梁桥型，以便简化主梁结构。但由于支点截面设计负弯矩比跨中截面设计正弯矩大，当跨径过大时，其正负弯矩的差值也较大。此时仍采用等截面布置，受力上会不合理、不经济，适宜采用变截面连续梁。桥梁设计首先以安全和经济为重，在多方面分析后，决定(42 72 42)m主桥采用变截面连续梁桥的设计方案。采用变截面连续梁，能使主梁符合受力要求，高度变化与内力变化相适应。同时能减小跨中正弯矩，以少量负弯矩代偿大量正弯矩，提高桥梁跨越能力。同样也能兼顾外形美观，不妨碍桥下通航净空的要求。在进行桥梁设计的过程中，采用桥梁博士设计软件辅助计算，建立桥梁模型，进行有限元分析。按持久状况承载能力极限状态和正常使用极限状态两种组合进行内力组合计算。持久状况承载能力极限状态计算应按要求对构件进行承载力及稳定计算，必要时尚应进行结构的倾覆和滑移的验算。在进行承载能力极限状态计算时，使用（或荷载）的效应（其中汽车荷载应计入冲击系数）应采用其组合设计值，结构材料性能采用其强度设计值。对于正常使用极限状态的计算，采用使用（或荷载）的短期效应组合、长期效应组合或短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，对构件的抗裂、裂缝宽度和挠度进行验算，并使各项计算值不超过规范限值。在上述各种组合中，汽车荷载效应可不计冲击系数。桥梁采用预应力混凝土施工技术，所以预应力应作为荷载考虑，荷载分项系数为1.0。对连续梁等超静定结构，尚应计入由预应力、温度作用等引起的次效应。对于内力计算，包括恒载内力和活载内力计算，如果是超静定结构则还应计算由于温度变化，混凝土收缩、徐变，墩台不均匀沉降等引起的次内力，如果是超静定预应力混凝土结构则应计算张拉预应力引起的预应力二次矩等。在用有限元分析软件建模时，将以上参数作为相关条件正确分析计算，并进行预应力钢束的估算分析。正确计算出各项参数后，依照其为依据，使用AutoCAD制图，绘出桥梁各个构件的结构施工图。在后期施工阶段，应当注意加强桥面整体化作用，避免单板(梁)受力。对于大多预制结构桥梁，由于湿接头或铰缝的存在，在混凝土收缩或荷载作用下，接缝处混凝土截面容易开裂。另外由于预制梁安装后，相邻梁板存在高差，为下一道工序增加施工难度，必须铺设适当厚度的现浇层，使预制梁接缝、梁板和桥面现浇层成为一体，共同参加工作，这样可以大大提高接缝处的抗拉强度，从而提高结构的耐久性。

5. 工作计划

12.5-1.8（第16-20周） 借阅规范图书，阅读文献资料，并开始翻译英文资料。 12.26~1.15（第19周） 提交翻译成果，检查英文翻译。1.15-2.18（寒假） 学习桥梁设计软件MIDAS/桥梁博士，2.3前完成开题报告，检查软件应用能力。2.20~3.19（第1-4周） 借助文献示例，形成初步设计方案，运用桥梁设计软件初步建模检查初步方案、比选方案。3.20~3.26（第5周） 3.24中期检查。3.20~4.9（第5-7周） 方案详细设计和结构设计，结构设计验算，检查拟定方案，检查计算模型、结果。4.10~4.30（第8-10周） 撰写毕业设计报告并绘制图纸，检查设计报告等材料，检查施工图。4.24~4.30（第10周） 毕业设计报告（论文）提交4.28，检查内容格式。5.1~5.7（第11周） 修改论文图纸，规范化检查，修改内容格式。5.8~5.14（第12周） 评阅、成果验收，准备答辩材料5.12，规范化检查。